Вплив водню, орієнтації гідридів та температури на опір малоциклової втоми оболонок твелів зі сплаву Zr-1%Nb

Ключові слова

водень, водневе окрихчення , гідриди, переорієнтація гідридів, сплав Zr-1%Nb, «сухе» сховище, втома

Як цитувати

Riedkina, G., Grytsyna, V., Klymenko, S., & ChernyayevaТ. (2021). Вплив водню, орієнтації гідридів та температури на опір малоциклової втоми оболонок твелів зі сплаву Zr-1%Nb. Ядерна та радіаційна безпека, (4(92), 53-59. https://doi.org/10.32918/nrs.2021.4(92).07

Анотація

Умови навантаження оболонок твелів під час поводження з відпрацьованим ядерним паливом, різноманітність механізмів їх деградації дуже ускладнюють діагностику їх характеру пошкоджуваності і руйнування. Різні види напруженого стану з урахуванням структурного стану матеріалів, міцності і пластичних властивостей у процесі призводять до різних видів дефектів. Також велику роль відіграє водень, присутній в оболонках твела відпрацьованого ядерного палива, як у вигляді водню, так і у вигляді гідридів.

Опір малоцикловій втомі є однією з основних характеристик міцності конструкційних матеріалів, що зазнають під час експлуатації циклічних навантажень. Характеристики малоциклової втоми затребувані під час розрахунків на міцність і ресурс, а також під час порівняння подібних матеріалів. Випробування на малоциклову втому здійснюються в пластичній області, тобто під час навантажень або деформацій, що перевищують межу плинності матеріалу. Керувати і контролювати процес випробувань можна, використовуючи один з двох параметрів – напруження або деформації. Актуальним є дослідження і визначення характеристик малоциклової втоми за заданої деформації. Отримані до нинішнього часу дані з цього питання вельми обмежені і належать переважно до сплавів циркалой.

У цій статті наведено випробування на малоциклову втому на кільцевих зразках зі сплаву Zr-1%Nb із зовнішнім діаметром 9,13 мм, товщиною стінки 0,68 мм і шириною 2,7 мм: негідрованих (вирізаних з штатних оболонок труб Zr-1%Nb), гідрованих з вмістом водню 50 ... 400 ppm (вирізаних з гідрованих оболонок макетів після випробувань на переорієнтацію гідридів по різних режимах). Випробування проводилися при температурах 25, 180, 350, 400 і 450 °С. Згідно з отриманими результатами, з підвищенням вмісту водню в оболонці зі сплаву Zr-1%Nb спостерігається підвищення втомної довговічності.

https://doi.org/10.32918/nrs.2021.4(92).07

Посилання

Used Fuel Disposition Campaign. Review of Used Nuclear Fuel Storage and Transportation. Technical Gap Analyses. FCRD-USED-2012-000215 Draft, PNNL-21596. Prepared for the U.S. Department of Energy Used Fuel Disposition Campaign. Washington, D.C. July 31, 2012.

Solonin, V. I., Sotnikov, A. S. (2015). Materials Science Aspects of the Bases of Design and Engineering of Fuel Elements for Nuclear Power Reactors. Training Manual. Moscow, Publisher: Bauman MSTU.

Nuclear Power Reactors in the World. Reference Data Series No. 2. IAEA, Vienna. 2018.

Klimenko, S. P., Chernyayeva, T. P., Grytsyna, V. M., Petelguzov, I. А., Slabospytska, O., Riedkina G. P. (2018). Effect of Hydrogen on Low-Cycle Fatigue Resistance of Zr-1%Nb Claddings. Problems of Atomic Science and Technology, 2, 80-84. Series "Physics of Radiation Damage and Radiation Phenomena in Solids".

Klimenko, S. P., Stukalov A. I., Ragulina N. I., Grytsyna V. M. (1999). Design of Vacuum Installation and Modes of Low-Cycle Fatigue Testing for Fuel Rod Tubes Made of Zirconium-Niobium Alloys. Problems of Atomic Science and Technology. Conference Proceedings "Problems of Zirconium and Hafnium in Atomic Energy". June 14-19, 1999, Alushta, Ukraine. Collection of Research Papers. Kharkov, NSC KIPT, 112-113.

Nikulin, A. Yu., Rozhov, A. B., Gusev, A. Yu., Nechulina, T. A., Rogachev, S. A., Zadorozhnyy, M. (2014). Fracture resistence of Zr-Nb allows under low-cycle fatigue tests. Journal of Nuclear Materials, 446, 10-14.